利用立体视觉的线结构光参数标定

准确标定系统参数是利用线结构光进行高精度测量的前提,文中提出了一种基于双目立体视觉的线结构光参数标定算法,以期达到在工业现场进行高精度、强鲁棒性标定的目的。算法首先采用Tsai两步法标定摄像机内参数和双目相机坐标系间的刚体变换,然后利用立体视觉极线约束条件匹配双目激光条纹点,并将其重构到三维空间以进行光平面标定。相对于...     

一种基于平面标靶的线结构光视觉传感器标定方法

提出了一种适合于现场的线结构光视觉传感器标定 方法。建立了标定的数学模型,设计了一种平面点阵标靶,提出了坐标映射方法。根据结构 光条纹特征点的图像坐标和对应在标靶坐标系下的坐标,以及 相机内参,计算出标靶坐标系到摄像机坐标系的转移矩阵,再由转移矩阵得到特征点在摄像 机坐标系下的 坐标;在视场范围内,平面标靶按不同位姿摆放多次,获取投射在标靶上的所有特征点,对 这些特征点进 行平面拟合,得到结构光平面在摄像机坐标系下的方程。对标定的精度进行了验证,实验表 明,本文方法标定 过程简单,精度较高,适合于结构光传感器的现场标定。     

一种基于二维平面靶标的线结构光标定方法

为实现对线结构光视觉测量系统的高精度标定,针对传统标定方法中存在特征点数量较少和标定精度一定程度上受结构光灰度提取精度影响的不足,设计了一种基于二维平面靶标改进的线结构光标定算法。该算法在交比不变定理的基础上,通过简单的棋盘靶标获取大量的特征数据点,进而通过最小二乘法获得初始光平面方程。将结构光中心点作为拟合光平面的特征点,依据结构光中心点既在光平面上又在棋盘标定板平面上的特性,筛除误差较大的异常数据点,最后通过筛选得到的数据点优化拟合光平面方程。在一般的试验环境下,光平面标定对比试验结果表明,改进后的标定方法在测量精度方面有非常显著的提升效果。     

线结构光参数的简易标定方法

为了实现高效率、低成本、高精度地标定线结构光 的参数,本文提出了一种基于单个平面同心面靶标标定线结构光参数的新方法。该方法基于 三点透视模型和交比不变原理计算光平面上标定点的三维坐标,利用最小二乘法拟合平面方 程。在摄像机视野范围内自由移动平面靶标,同时保持结构光投射到靶标上同心圆之外的区 域,采集至少两幅图像即可完成线结构光参数的标定。 实验结果表明: 光平 面标定的均方根 误差约为0.05mm,传感器测量精度的相对误差约为0.3%,系统整体 测量精度约为0.1mm, 说明本文标定方法具有较高的标定精度。并且该方法同时适用于其它类型结构光的标定,通 用性较强,具有获取标定点效率高、计算简单且操作灵活方便等优点,适合现场标定。     

面向线结构光测量的直线空间变换光平面标定方法

为提高标定精度,提出一种基于直线空间变换的光平面标定方法.首先利用互相关模板与5点滑动平均法提取激光条纹中心,然后采用正交回归法拟合图像中的光条直线方程.通过平面单应性变换获得靶标面光条直线方程,进一步再将靶标坐标系中的直线方程转换成Plücker矩阵形式.根据位姿转换关系得到相机坐标系下的直线方程,并建立超静定线面共...     

多线结构光视觉传感器测量系统的标定

为实现大尺寸轧钢几何尺寸、形状误差、表面缺陷的实时检测,采用4个激光器和4个CCD摄像机搭建了多线结构光视觉传感器测量系统。针对多视觉传感器全局校准的关键问题,设计了特殊形状的靶标,提出了新的全局标定方法。利用交比不变原理获取光平面上多个标定点,同步实现视觉传感器的局部标定和全局校准。详细阐述了标定的基本原理和系统构建过程,分析了标定中存在的误差,并提出了减小误差的方法。实验验证系统重复测量精度在0.04mm以内,测量相对误差小于0.9%。     

线结构光三维测量系统扫描方向的标定

提出一种基于平面标靶的线结构光三维传感器扫描方向的标定方法。利用平面标靶对摄像头进行标定,得到摄像头的内部参数,将棋盘格平面标靶固定在空间某一位置,测量系统沿着扫描方向移动并采集一系列图像。根据这一系列图像求出摄像机的外部参数,并结合已经求出的摄像机内部参数计算出标靶上同一特征点在摄像机坐标系下的坐标值,对这些点进行直线拟合得到一直线方程,直线的方向就是测量系统的扫描方向。实验表明,该方法测量精度高,操作简单,无需辅助的调整设备,降低了标定设备的成本和系统校准的难度,适合现场标定。     

基于双目立体视觉的线结构光标定方法

结构光三维轮廓测量方法目前是三维形状测量的热点,而其中的线结构光技术因其成本低、效率高、精度高成为复杂物体三维轮廓测量方法的典型代表。然而,现有的线结构光法在应用中存在着标定困难、标定精度低等问题,对此,结合双目视觉系统与具有固定特征点的靶标,建立了一种高效、可靠的激光平面方程标定方法。该方法仅需要一个平面靶标和一个额外的相机,只记录两处位置的标定图像便可完成测量系统标定工作。工作时,首先结合左、右标定图像提取的光刀中心和角点获得特征点的像素坐标;然后,通过匹配左、右图像上对应的特征点,确定相机坐标系下特征点的三维坐标;进而,基于多组不同位置的三维特征点坐标,利用最小二乘法拟合激光平面,获得激光平面方程的参数。以标准块为样品的长度测量实验表明,该方法灵活实用、靶标设计简单、具有特征点丰富的优点,相比于典型标定方法,其可高精度地完成系统标定工作,量块宽度测量实验的结果更接近于参考值。另外,对比商用线激光传感器的测量结果,文中方法的测量精度提高了约10 μm。

     

钢轨匹配中的线结构光平面标定方法研究

在利用激光无接触技术进行轨道检测时,为了彻底摆脱激光摄像式传感器对称安装的束缚,本文在大量调研国内外线结构光视觉系统标定方法的基础上,提出一种基于共面法的视觉系统结构参数的标定方法—等高线标定法。在量块上表面提取140个数据点,先对数据进行坐标变换,再利用Levenberg-Marquardt优化算法进行非线性迭代使所有点处于同一等高线上。该方法操作简单,对设备要求低,标定试验数据表明等高线标定法重复性达0.00133°,检定试验数据表明视觉系统在等高线法标定线结构光平面的基础上检测精度可达7.7 μm。其高精度性和便捷性符合铁道部门对轨道检测的要求。     

线结构光双传感器测量系统的标定方法

针对现有线结构光双传感器测量系统标定过程中对设备要求高、标定过程复杂等难题,提出了一种简便的基于平面标定参照物的现场标定方法。该方法不需要设计复杂的校准模型和高精度的辅助调整设备,只需要将一个绘制有棋盘格图案的平面参照物在两个传感器公共的测量范围内任意摆放几个位置,即可完成双传感器标定,并建立两个传感器之间的相互关系,进一步将多个局部世界坐标系下的标定特征点统一到一个全局世界坐标系中,从而建立起两个传感器与线结构光平面间的标定方程。实验验证了该方法的可行性,实测平面高度的均方根(RMS)误差为0.03 mm。     

基于标定模块的多线结构光测量系统的直接标定

多线结构光测量系统的标定精度直接影响到测量 结果的精确度,但传统标定方法存在着标定模型过 于复杂且计算量过大的不足。同时在针对深孔类零部件内表面几何形状进行结构光测量过程 中,由于特征 点的缺失,传统标定方法难以直接应用。因此提出了一种基于标定模块的直接标定法,无需 建立标定模型, 直接通过查找索引表完成标定任务。实验结果表明该标定方法的标定误差低于单个像素,即 0.037 mm,能够满足测量系统的精度要求,并且操作简便、易于实现 。     

一种用于结构光三维测量的空间标定方法

提出了一种全空间标定方法,可用于快速高精度 的三维测量。液晶屏作为标准平面显 示二维光栅以及被投射一维光栅,通过固定在平移台上在测量空间Z方向进行 移动,相机抓 拍光栅,计算截断相位后,建立截断相位和三维空间的坐标关系。通过改变光栅频率可实现 空间尺寸的标定,从而实现全空间的标定。测量时,计算出截断相位,通过查表索引可快速 得到物体的空间坐标信息。搭建了标定系统,并用测量实验验证了标定算法的有效性。     

结构光场光束直线跟踪的两步标定方法

为了实现结构光系统的三维重建,针对传统标定方 法结构复杂、标定过程繁琐等问题,提出一种基于光束直线跟踪 的两步标定方法。本文方法首先在前后两个平面上分别对投射侧模式上的每个检测点进行 标定,建立投射侧光线方程;然后在 前后两个平面上分别对平面上的每个目标点建立接收侧CCD的光线方程。在三维测量时,光 场中的一个点分别映射为投射 侧和接收侧前后平面上的两个点,连接前后平面上的两个点各得到一条空间直线,通过求解 两条空间直线的交点即可求得三 维空间点的坐标。分析了系统结构在标定时可能产生的误差,系统误差主要来自角度偏移和 水平偏移,并提出了误差解决方 案。实验结果表明,与传统的基于针孔模型的标定方法相比,本文方法无须考虑系统的成像 模型及其参数求解,简洁、高效。标定产生的景深相对误差小于0.2% ,能够改善结构光系统的几何标定精度。     

基于格雷码和线移编码的结构光系统标定

结构光系统标定是影响三维物体表面形状测量的关键因素,其中投影仪标定是难点问题。把投影仪当做逆向光路摄像机,采用格雷码和线移的编码方法捕获黑白棋盘标定板,得到其在"投影仪成像平面"上的像素坐标,继而采用传统的摄像机标定方法对投影仪进行标定。采用常规的双目视觉标定技术,最终完成结构光系统的标定。实验结果表明,本文方法实现简单易行,有较高的鲁棒性和标定精度。     

基于共面靶标的结构光标定方法

在交比不变原理基础上,提出了基于共面靶标的线结构光标定方法。对标定方法中各个计算过程、进行了鲁棒性分析,进而设计了相对应的平面靶标和实验流程。该方法可以降低图像处理过程所引入的误差,减少多次交比不变计算标定点所带来的累积误差,得到多组高精度的标定点,从而提高结构光系统的标定精度。定量实验结果表明,该标定方法可得到0.3334mm的测量精度。     

激光视觉传感器的快速标定方法

建立了激光视觉传感器的数学模型,提出了一种分离参数对传感器结构参数进行标定的方法。结合标定要求,设计了标定靶。该标定方法装置简单,不需要对靶面坐标进行精确测量,简化了标定过程,计算速度快,能够保证较高的精度。试验表明,该方法是一种高效实用的视觉传感器标定方法。     

线结构光视觉测量系统运动轴线的简易标定方法

为简化测量系统中平移轴和旋转轴的标定,提出一种基于一维平面标靶的简易标定方法。将一维标靶放置在数控平台上,控制平台分别做平移和旋转运动,提取每个位置下图像中圆心坐标,利用消隐点和三点透视模型(P3P)原理实现系统轴线空间位置的标定。实验结果表明,该标定方法具有较高的标定精度,平均绝对测量误差为0.0411 mm,均方根(RMS)误差为0.0625 mm。该标定方法仅需已知的等距共线三点即可完成平移轴线和旋转轴线的高精度标定,降低了标定成本,且计算简单、标定过程灵活方便,适合现场标定。     

大视场线结构光两轴测量系统

提出了一种由CCD摄像机、线结构光投射器和两个回转工作台构成的大视场线结构光2轴测量系统。通过两个回转工作台的转动使线结构光平面扫过被测物体1周,在1次装夹下测量出物体的1周全貌。首先建立了由二维摄像机像面坐标系向被测物体转台坐标系变换的数学模型;利用标准球作为标定器具,根据线结构光平面中标准球的球心坐标和2转台转角可确定1个"共轭对",利用多组"共轭对"求出了系统模型中的未知参数;从而根据两个回转工作台分别转动的角度和CCD二维图像可获得线结构光平面上点的三维数据。实验结果证明,这种方法具有较高的测量精度,能在1次装夹下完整测量结构复杂物体的1周全貌,同时具有视场大、结构简单和成本低的优点。